嚴峻的空間天氣

07-20

原文標題：Severe Space Weather

作者：Dr. Tony Phillips 原文來自：http://science.nasa.gov/ Posted: 2009. 1. 21

2009年1月21日：你知道嗎，一次太陽耀斑可以讓你的衛生間罷工？

這是美國國家科學院一項NASA贊助的「劇烈空間天氣事件——了解其社會及經濟影響」研究項目得出的驚人結論。在132頁的報告中，專家詳細說明了在「超級太陽耀斑」及後隨的劇烈磁暴中，我們現代社會會發生什麼。他們發現，幾乎沒有什麼東西是對空間天氣免疫的 ——甚至包括你浴室中的水。

在2005年5月的一場地磁暴中，出現在內布拉斯加州布萊爾上空的極光。（圖片提供：Mike Hollingshead/Spaceweather.com）

問題始於電網。報告指出：「電力是現代社會的基礎技術，實際上所有其他基礎設施與服務都依賴於此。」但是它在惡劣的空間天氣面前尤其脆弱。地磁暴誘發的地面電流實際上可以熔化變壓器的銅線圈，而這正是許多電力輸送系統的核心。延展電力線的角色類似於天線，可以接收電流，並將問題擴展到很大的範圍。最有名的地磁電力中斷髮生在1989年3月的空間風暴期間，魁北克的 600萬居民停電9小時（圖片請點擊）。

根據報告，電網比以往任何時候都要脆弱。問題出在相互的聯結上。最近幾年來，各種設施都連入了電網，以實現對需求突增地區的遠距離低成本電力輸送。舉例來說，在加州某個熾熱的夏日，洛杉磯的居民可能會開動他們的空調，而所用的電力來自俄勒岡。這在經濟上是有意義的，但對地磁來說並不妙。相互的聯結會讓系統易於發生大面積的「雪崩故障」。

為了估計出這種故障的範圍，報告的合作者、來自Metatech公司的 John Kappenmann考慮了1921年5月的大型地磁暴，並建立了其對當代電網影響的沒模型。這次產生的地面電流的強度是1989年魁北克磁暴的 10倍。他發現，至少會有350個變壓器存在永久損壞的危險，而1.3億人會經歷停電。停電會影響社會基礎設施，包括「幾小時內會影響供水；易腐爛的食物與藥品會在12至24小時內變質；加熱設施與空調失靈；下水道、電話、加油等等等等都會出現問題。」

報告說：「根據因長時間電力故障導致的缺水，很明顯可以得出相互依賴的概念。而沒有水就不能重新啟動發電機是另一方面。」

如果1921年5月的巨磁暴發生在今天會怎樣呢？圖中標出了全美變壓器的易損性以及可能出現系統崩潰的地區。各州的變壓器易損性圖在這裡：點擊查看（圖片提供：National Academy of Sciences）

有記載的最強磁暴是1859年8月至9月的卡林頓事件，這是以英國天文學家理查德·卡林頓（Richard Carrington）命名的，他在白屏上投影太陽的時候肉眼目睹了太陽耀斑的爆發。爆發引起的地磁活動導致了充電電報線的爆炸，讓電報員觸電並燒掉了電報紙；極光向南擴展到了古巴和夏威夷；洛基山的極光相當明亮，驚醒了露營者，讓他們認為已經到了早晨，起身準備早飯。最佳估計認為，卡林頓事件比1921年5月的巨磁暴還要強50%。

報告警告說：「卡林頓事件在當代的再現會導致……巨大的社會以及經濟破壞。電力故障與無線電中斷和衛星故障並行；遠程通信、GPS導航、銀行業、金融業和交通業都會受到影響。部分問題會在磁暴衰減後自我修復，如無線電與GPS傳輸會很快恢復。其他問題是持久的：例如百萬噸的變壓器被燒毀後需要花費幾周或幾個月來修復。在第一年裡，總的經濟衝擊可以達到2萬億美元，是卡特里娜颶風（或者用個更適時的例子，就是信貸危機）引起的損失的 20多倍，」

相互依賴的現代經濟網對太陽風暴尤其敏感。大圖請點擊（資料來源：Dept. of Homeland Security）

解決辦法是什麼呢？報告的結尾要求基礎設施的設計要更好地抵禦地磁影響，要改進GPS代碼和頻率，還要改進空間天氣的預報。可靠的預報是關鍵。如果設施和衛星的操縱者知道風暴即將來臨，他們可以採取措施降低損失，如拆下電線、屏蔽脆弱的電子器件、關閉關鍵設備。停電幾小時要比停電幾周好一些。

NASA已經發射了一系列研究太陽及其爆發的航天器。太陽及太陽風層探測器（SOHO）、STEREO雙子探測器、ACE、Wind以及其他衛星每周七天、每天24小時地工作。NASA的物理學家利用來自這些探測器的數據了解耀斑以及地磁暴的內部物理機制；NOAA空間天氣預報中心的工作人員反過來利用這些發現來改進他們的預報。

當下沒有人知道下一場巨型太陽風暴何時爆發。也許它發生在100年後，也許就在100天內。下次沖廁所的問題值得考慮。

（全文完）